Generaator on isevõnkuv elektrivooluimpulsse genereeriv süsteem, milles transistor täidab lülituselemendi rolli. Esialgu, alates selle leiutise hetkest, paigutati transistor võimenduselemendina. Esimese transistori esitlus toimus 1947. aastal. Väljatransistori esitlus toimus veidi hiljem - aastal 1953. Impulssgeneraatorites täidab ta lüliti rolli ja ainult vahelduvvoolugeneraatorites realiseerib oma võimendavaid omadusi, osaledes samal ajal toetava positiivse tagasiside loomises. võnkeprotsess.

Sagedusvahemiku jagamise visuaalne illustratsioon

Klassifikatsioon

Transistorgeneraatoritel on mitu klassifikatsiooni:

• väljundsignaali sagedusvahemiku järgi;
• väljundsignaali tüübi järgi;
• vastavalt tööpõhimõttele.

Sagedusvahemik on subjektiivne väärtus, kuid standardiseerimiseks aktsepteeritakse järgmist sagedusvahemiku jaotust:

• 30 Hz kuni 300 kHz – madalsagedus (LF);
• 300 kHz kuni 3 MHz – keskmine sagedus (MF);
• 3 MHz kuni 300 MHz – kõrgsagedus (HF);
• üle 300 MHz – ülikõrge sagedus (mikrolaineahi).

See on sagedusvahemiku jaotus raadiolainete valdkonnas. Seal on helisagedusvahemik (AF) - 16 Hz kuni 22 kHz. Seega, soovides rõhutada generaatori sagedusvahemikku, nimetatakse seda näiteks HF või LF generaatoriks. Helivahemiku sagedused jagunevad omakorda samuti HF, MF ja LF.

Vastavalt väljundsignaali tüübile võivad generaatorid olla:

• sinusoidne – sinusoidsete signaalide genereerimiseks;
• funktsionaalne – erikujuliste signaalide isevõnkumiseks. Erijuhtum on ristkülikukujuline impulssgeneraator;
• Mürageneraatorid on laia sagedusvahemikuga generaatorid, milles antud sagedusvahemikus on signaali spekter ühtlane sageduskarakteristiku alumisest kuni ülemise osani.

Vastavalt generaatorite tööpõhimõttele:

• RC generaatorid;
• LC generaatorid;
• Blokeerivad generaatorid on lühikese impulsi generaatorid.

Põhimõtteliste piirangute tõttu kasutatakse RC-ostsillaatoreid tavaliselt madalsagedus- ja helivahemikus ning LC-ostsillaatoreid kõrgsagedusalas.

Generaatori vooluring

RC ja LC sinusoidsed generaatorid

Kõige lihtsam viis transistorgeneraatori rakendamiseks on mahtuvuslik kolmepunktiline vooluring - Colpittsi generaator (joonis allpool).

Transistori ostsillaatori ahel (Colpittsi ostsillaator)

Colpittsi ahelas on elemendid (C1), (C2), (L) sageduse seadistusega. Ülejäänud elemendid on standardsed transistorjuhtmed, et tagada nõutav alalisvoolu töörežiim. Sama lihtsat vooluahela konstruktsiooni kasutab generaator, mis on kokku pandud vastavalt induktiivsele kolmepunktilisele vooluringile - Hartley generaator (joonis allpool).

Kolmepunktilise induktiivsidestatud generaatori vooluahel (Hartley generaator)

Selles vooluringis määrab generaatori sageduse paralleellülitus, mis sisaldab elemente (C), (La), (Lb). Kondensaator (C) on vajalik positiivse vahelduvvoolu tagasiside loomiseks.

Sellise generaatori praktiline rakendamine on keerulisem, kuna see nõuab kraaniga induktiivsuse olemasolu.

Mõlemat isevõnkegeneraatorit kasutatakse peamiselt kesk- ja kõrgsagedusvahemikus kandesagedusgeneraatoritena, sageduse seadistustes lokaalsetes ostsillaatorites jne. Raadiovastuvõtja regeneraatorid põhinevad samuti ostsillaatorgeneraatoritel. See rakendus nõuab kõrgsageduslikku stabiilsust, seega on vooluringi peaaegu alati täiendatud kvartsvõnkeresonaatoriga.

Kvartsresonaatoril põhineval põhivoolugeneraatoril on isevõnkumised väga suure RF-generaatori sagedusväärtuse seadmise täpsusega. Miljardid protsendid on piirist kaugel. Raadioregeneraatorid kasutavad ainult kvartssageduse stabiliseerimist.

Generaatorite töötamine madala sagedusega voolu ja helisageduse piirkonnas on seotud raskustega kõrge induktiivsuse väärtuste realiseerimisel. Täpsemalt siis vajaliku induktiivpooli mõõtmetes.

Pierce'i generaatori ahel on Colpittsi ahela modifikatsioon, mis on rakendatud ilma induktiivsust kasutamata (joonis allpool).

Torgake generaatori ahel ilma induktiivsust kasutamata

Pierce'i ahelas asendatakse induktiivsus kvartsresonaatoriga, mis välistab aeganõudva ja mahuka induktiivpooli ning piirab samal ajal ülemist võnkevahemikku.

Kondensaator (C3) ei lase transistori baaspinge alalisvoolukomponendil üle minna kvartsresonaatorile. Selline generaator suudab tekitada kuni 25 MHz võnkumisi, sealhulgas helisagedust.

Kõigi ülaltoodud generaatorite töö põhineb mahtuvusest ja induktiivsusest koosneva võnkesüsteemi resonantsomadustel. Vastavalt sellele määratakse võnkesagedus nende elementide hinnangute järgi.

RC-voolugeneraatorid kasutavad takistus-mahtuvusahelas faasinihke põhimõtet. Kõige sagedamini kasutatav vooluahel on faasinihke kett (joonis allpool).

RC-generaatori ahel faasinihke ahelaga

Elemendid (R1), (R2), (C1), (C2), (C3) teostavad isevõnkumiste tekkeks vajaliku positiivse tagasiside saamiseks faasinihet. Tekkimine toimub sagedustel, mille faasinihe on optimaalne (180 kraadi). Faasi nihutamisahel põhjustab signaali tugevat sumbumist, seega on sellisel ahelal suurenenud nõuded transistori võimendusele. Wieni sillaga vooluahel on transistori parameetrite suhtes vähem nõudlik (joonis allpool).

RC generaatori ahel Wieni sillaga

Topelt-T-kujuline Wieni sild koosneb elementidest (C1), (C2), (R3) ja (R1), (R2), (C3) ning on kitsaribaline sälkfilter, mis on häälestatud võnkesagedusele. Kõigi teiste sageduste puhul on transistor kaetud sügava negatiivse ühendusega.

Funktsionaalsed voolugeneraatorid

Funktsionaalsed generaatorid on ette nähtud teatud kujuga impulsside jada genereerimiseks (kuju kirjeldab teatud funktsioon - sellest ka nimi). Kõige tavalisemad generaatorid on ristkülikukujulised (kui impulsi kestuse ja võnkeperioodi suhe on ½, siis nimetatakse seda jada "meanderiks"), kolmnurksed ja saehambaimpulsid. Lihtsaim ristkülikukujuline impulssgeneraator on multivibraator, mida esitletakse kui esimest vooluringi, mida algajad raadioamatöörid saavad oma kätega kokku panna (joonis allpool).

Multivibraatori ahel - ristkülikukujuline impulssgeneraator

Multivibraatori eripära on see, et sellega saab kasutada peaaegu kõiki transistore. Impulsside ja nendevaheliste pauside kestus määratakse transistoride (Rb1), Cb1 ja (Rb2), (Cb2) baasahelates olevate kondensaatorite ja takistite väärtustega.

Voolu isevõnkumise sagedus võib varieeruda hertsi ühikutest kümnete kilohertsini. HF isevõnkumisi ei saa multivibraatoril realiseerida.

Kolmnurksete (saehamba) impulsside generaatorid ehitatakse reeglina ristkülikukujuliste impulsside generaatorite (peaostsillaator) baasil, lisades parandusahela (joonis allpool).

Kolmnurkse impulsi generaatori ahel

Kolmnurkse lähedase impulsside kuju määrab kondensaatori C plaatide laadimis-tühjenemise pinge.

Blokeeriv generaator

Blokeerivate generaatorite eesmärk on genereerida võimsaid järskude servade ja madala töötsükliga vooluimpulsse. Pauside kestus impulsside vahel on palju pikem kui impulsside endi kestus. Blokeerivaid generaatoreid kasutatakse impulsside kujundajates ja võrdlusseadmetes, kuid peamine kasutusala on põhiline horisontaalne skaneerimisostsillaator elektronkiiretorudel põhinevates teabekuvaseadmetes. Blokeerivaid generaatoreid kasutatakse edukalt ka võimsuse muundamise seadmetes.

Väljatransistoridel põhinevad generaatorid

Väljatransistoride eripäraks on väga kõrge sisendtakistus, mille järjestus on võrreldav elektroonikatorude takistusega. Eespool loetletud vooluringilahendused on universaalsed, need on lihtsalt kohandatud erinevat tüüpi aktiivelementide kasutamiseks. Colpitts, Hartley ja teised väljatransistoril valmistatud generaatorid erinevad ainult elementide nimiväärtuste poolest.

Sageduse seadistusahelatel on samad seosed. Kõrgsagedusvõnkumiste tekitamiseks on mõnevõrra eelistatavam lihtne generaator, mis on valmistatud väljatransistoril, kasutades induktiivset kolmepunktiahelat. Fakt on see, et suure sisendtakistusega väljatransistoril ei ole praktiliselt mingit manööverdusmõju induktiivsusele ja seetõttu töötab kõrgsagedusgeneraator stabiilsemalt.

Müra generaatorid

Mürageneraatorite eripäraks on sagedusreaktsiooni ühtsus teatud vahemikus, see tähendab, et kõigi antud vahemikus olevate sageduste võnkumiste amplituud on sama. Mürageneraatoreid kasutatakse mõõteseadmetes testitava tee sageduskarakteristikute hindamiseks. Helimüra generaatoreid täiendatakse sageli sageduskarakteristiku korrektoriga, et kohaneda inimkuulmise subjektiivse helitugevusega. Seda müra nimetatakse "halliks".

Video

On veel mitmeid valdkondi, kus transistoride kasutamine on keeruline. Need on võimsad mikrolainegeneraatorid radarirakendustes ja kus on vaja eriti võimsaid kõrgsageduslikke impulsse. Võimsaid mikrolainetransistore pole veel välja töötatud. Kõigis muudes valdkondades on valdav enamus ostsillaatoreid valmistatud täielikult transistoridest. Sellel on mitu põhjust. Esiteks mõõtmed. Teiseks energiatarve. Kolmandaks, usaldusväärsus. Lisaks on transistore nende struktuuri olemuse tõttu väga lihtne miniatuurseks muuta.

R.C.-generaator on harmooniliste võnkumiste generaator, milles elemente sisaldava võnkesüsteemi asemel L Ja KOOS, kasutatakse takistuslik-mahtuvusahelat ( R.C.-ahel) sageduse selektiivsusega.

Induktiivpoolide väljajätmine vooluringist võimaldab märkimisväärselt vähendada generaatori suurust ja kaalu, eriti madalatel sagedustel, kuna sageduse vähenedes suurenevad induktiivpoolide mõõtmed järsult. Oluline eelis R.C.-generaatorid võrreldes L.C.- generaatorid on nende valmistamise võimalus integreeritud tehnoloogia abil. Kuid R.C.- generaatoritel on madala kvaliteediteguri tõttu genereeritud võnkumiste sageduse stabiilsus madal R.C.-ahelad, samuti halb võnkekuju, mis on tingitud kõrgemate harmooniliste halvast filtreerimisest väljundi võnkespektris.

R.C.-generaatorid võivad töötada laias sagedusvahemikus (hertsi murdosadest kümnete megahertsini), kuid sideseadmetes ja mõõtetehnoloogias on nad rakendust leidnud peamiselt madalatel sagedustel.

Põhiteooria R.C.-generaatorid töötasid välja nõukogude teadlased V.P.Aseev, K.F.Saakov, V.G.

R.C.- generaator sisaldab tavaliselt torust, transistorist või integraallülitusest valmistatud lairibavõimendit ja R.C.- tagasisideahel, millel on selektiivsed omadused ja mis määrab võnkesageduse. Võimendi kompenseerib passiivsete elementide energiakadusid ja tagab iseergastuse amplituuditingimuste täitmise. Tagasisideahel tagab, et iseergastuse faasitingimus on täidetud ainult ühel sagedusel. Tagasisideahela tüübi järgi R.C.- generaatorid jagunevad kahte rühma:

nullfaasi nihkega tagasisideahelas;

faasinihkega tagasisideahelas 180 võrra.

Tekitatud võnkumiste kuju parandamiseks sisse R.C. generaatorid kasutavad mittelineaarsusega elemente, mis piiravad võnkumiste amplituudi suurenemist. Sellise elemendi parameetrid muutuvad sõltuvalt võnkumiste amplituudist, mitte nende hetkeväärtustest (termistor, mille takistus sõltub seda läbiva voolu kuumutamise astmest). Selle piiranguga ei muutu võnkumiste kuju isegi statsionaarses režiimis.

Vaatleme mõlemat tüüpi R.C.- autogeneraatorid.

Iseostsillaator 180 faasinihkega tagasisideahelas.

Sellist isegeneraatorit nimetatakse ka kolmelülilise ketiga isegeneraatoriks. R.C..

Diagrammidel R.C.-ostsillaatorid faasinihkega 180 kasutavad tagasisideahelas võimendeid sisendpinge faasi ümberpööramiseks. Selline võimendi võib olla näiteks inverteeriva sisendiga operatiivvõimendi, üheastmeline või paaritu arvu inverteerivate astmetega mitmeastmeline võimendi.

Et faasitasakaalu võrrand oleks täidetud, peab tagasisideahel tagama faasinihke OS = 180.

Tagasisideahela struktuuri põhjendamiseks reprodutseerime kõige lihtsama faasi sageduskarakteristikud. R.C.-lingid (joon. 3,4).

Riis. 3. võimalus R.C.-link ja selle faasivastus

Riis. 4 Valik R.C.-link ja selle faasivastus

Graafikutelt on selge, et üks lihtsamaid R.C.-link toob sisse faasinihke, mis ei ületa 90. Seetõttu saab kolme elementaarelemendi kaskaadühenduse abil saavutada faasinihke 180 R.C.-lingid (joon. 5).

Riis. 5 Kolme elemendi vooluringid ja faasivastus R.C.-ketid

Elemendid R.C.- ahelad on konstrueeritud nii, et genereerimissagedusel saadakse faasinihe 180. Üks kolmelülilise ahelaga generaatori valikutest R.C. näidatud joonisel 6

Riis. 6 Kolmelülilise ketiga generaator R.C.

Generaator koosneb takistustransistorvõimendist ja tagasisideahelast. Ühise emitteriga üheastmeline võimendi tekitab faasinihke kollektoril oleva pinge ja aluse vahel K = 180. Seetõttu peab faasitasakaalu saavutamiseks tagasisideahel tagama OS = 180 genereeritud võnkumiste sagedusel.

Analüüsime tagasisideahelat, mille jaoks koostame silmusvoolu meetodil võrrandisüsteemi.

Lahendades saadud süsteemi tagasisidekoefitsiendi suhtes, saame avaldise

Avaldisest järeldub, et faasinihe 180 saadakse juhul, kui see on reaalne ja negatiivne väärtus, st.

seetõttu on genereerimine võimalik sagedusel

Sellel sagedusel on tagasiside koefitsiendi moodul

See tähendab, et isevõnkumiste ergastamiseks peab võimendi koefitsient olema suurem kui 29.

Generaatori väljundpinge võetakse tavaliselt transistori kollektorist. Harmooniliste võnkumiste saamiseks on emitteri ahelasse lisatud termistor R T positiivse takistuse temperatuuriteguriga. Kui võnke amplituudi suureneb, siis takistus R T suureneb ja vahelduvvoolu võimendi negatiivse tagasiside sügavus suureneb, võimendus väheneb. Kui tekib statsionaarne võnkerežiim ( TO= 1), jääb võimendi lineaarseks ja kollektorivoolu kuju ei moonutata.

Nullfaasinihkega iseostsillaator tagasisideahelas.

Vooluahelate iseloomulik tunnus R.C.-ostsillaatorid nullfaasi nihkega tagasisideahelas on nendes võimendite kasutamine, mis ei inverteeri sisendsignaali faasi. Selliseks võimendiks võib olla näiteks mitteinverteeriva sisendiga operatiivvõimendi või paarisarvu inverteerivate astmetega mitmeastmeline võimendi. Vaatleme mõningaid võimalikke valikuid tagasisideahelate jaoks, mis tagavad nullfaasinihke (joonis 7).

Riis. 7 Nullfaasinihet tagavate tagasisideahelate valikud

Need koosnevad kahest lülist, millest üks tähistab RС-link positiivse faasinihkega ja teine ​​– negatiivse faasinihkega. Teatud sagedusel (genereerimissagedusel) faasireaktsiooni liitmise tulemusena on võimalik saada nulliga võrdne faasinihe.

Praktikas kasutatakse faasitasakaalu silda ehk teisisõnu Wieni silda (joonis 7c), mille kasutamine on näidatud diagrammil, kõige sagedamini nullfaasinihkega selektiivahelana. R.C.-nullfaasinihkega ostsillaator, valmistatud operatiivvõimendil (joonis 8).

Riis. 8 R.C.-generaator nullfaasi nihkega OS-i ahelas

Selles vooluringis antakse võimendi väljundist saadud pinge selle mitteinverteerivasse sisendisse Wieni silla elementidest moodustatud tagasisideahela kaudu. R 1 C 1 ja R 2 C 2. Takistusahel R.R. T moodustab teise tagasiside - negatiivse, mis on mõeldud võnkumiste amplituudi suurenemise piiramiseks ja nende harmoonilise vormi säilitamiseks. Negatiivne tagasiside pinge rakendatakse operatiivvõimendi inverteerivale sisendile. Termistor R T peab olema negatiivse temperatuuriga takistuse koefitsient.

Tagasisideahela võimendus

peab olema reaalne ja positiivne suurus ning see on võrdsuse korral võimalik

Siit määratakse genereeritud võnkumiste sagedus. Kui R 1 = R 2 =R, C 1 = C 2 = C, See

Iseergastuse amplituuditingimus sagedusel 0 eeldab ebavõrdsuse täitmist

Kui on võrdsus R 1 = R 2 = R Ja C 1 = C 2 = C kasu TO > 3.

Võnkesagedust saab muuta takistuste muutmisega R või kondensaatori võimsused KOOS, mis sisaldub Wieni sillas ja võnkumiste amplituudi reguleerib takistus R.

Peamine eelis R.C.- generaatorid ees L.C.-ostsillaatorid on see, et esimesi on madalate sageduste jaoks lihtsam rakendada. Näiteks kui generaatori ahelas, mille tagasisideahela faasinihe on null (joonis 8) R 1 = R 2 = 1 MOhm, C 1 = C 2 = 1 µF, siis genereeritud sagedus

.

Et saada sama sagedus sisse L.C.-generaator, induktiivsus oleks vajalik L= 10 16 Hn juures KOOS= 1 µF, mida on raske rakendada.

IN R.C.- generaatorid, see on võimalik, muutes samaaegselt kondensaatorite väärtusi KOOS 1 ja KOOS 2, saate laiema sageduse häälestusvahemiku, kui see on ette nähtud L.C.- generaatorid. Sest L.C.- generaatorid

samas jaoks R.C.- generaatorid, koos KOOS 1 = KOOS 2

Puuduste juurde R.C.-generaatorid tuleks seostada sellega, et suhteliselt kõrgetel sagedustel on neid keerulisem rakendada kui L.C.- generaatorid. Tõepoolest, mahtuvuse väärtust ei saa vähendada alla paigaldusmahtuvuse ja takisti takistuse vähenemine toob kaasa võimenduse languse, mis raskendab amplituudi iseergastuse tingimuse täitmist.

Loetletud eelised ja puudused R.C.-generaatorid viisid nende kasutamiseni suure sageduse kattuvuse koefitsiendiga madalsagedusalas.

RC-generaatorid kuuluvad isevõnkuvate süsteemide klassi

lõõgastumise tüüp. Sellise generaatori peamised elemendid on

võimendi ja aperioodilised lingid, mis koosnevad takistitest ja

kondensaatorid. Ilma võnkeahelata

generaatorid võimaldavad aga saada kujuga lähedasi võnkumisi

harmooniline. Siiski tugeva süsteemi regenereerimisega, kui seda kasutatakse

võimendi karakteristikute põhiliselt mittelineaarsed alad, võnkekuju,

võnkeahela puudumise tõttu on see tugevasti moonutatud. Sellepärast

generaator peab töötama, kui lävi on veidi ületatud

eneseergastus.

RC-tüüpi generaatorite peamised eelised on lihtsus ja

väikesed mõõtmed. Need eelised ilmnevad eriti siis, kui

madalate sageduste tekitamine. 100 Hz suurusjärgus sageduste genereerimiseks

LC generaatorid (Thomsoni generaatorid) vajaksid väga suuri

induktiivsuse ja mahtuvuse väärtused

Eelmises peatükis käsitleti LC iseostsillaatorit. Neid kasutatakse kõrgetel sagedustel. Kui on vaja genereerida madalaid sagedusi, muutub LC-generaatorite kasutamine keeruliseks. Miks? Kõik on väga lihtne. Kuna võnke genereerimise sageduse määramise valem näeb välja järgmine:

siis on hästi näha, et sageduse vähendamiseks on vaja suurendada ahela mahtuvust ja induktiivsust. Ja mahtuvuse ja induktiivsuse suurenemine viib otseselt üldmõõtmete suurenemiseni. Teisisõnu on kontuuri mõõtmed hiiglaslikud. Ja sageduse stabiliseerimisega läheb asi veelgi hullemaks.

Seetõttu tulid nad välja RC-iseostsillaatoritega, mida me siin kaalume.

Lihtsaim RC-generaator on nn kolmefaasilise faasiahelaga ahel, mida nimetatakse ka sama märgiga reaktiivsete elementidega vooluringiks. See on näidatud joonisel fig. 1.

Riis. 1 - RC-ostsillaator koos faasinihke ahelaga

Diagrammil on selge, et see on lihtsalt võimendi, mille väljundi ja sisendi vahel on vooluahel, mis pöörab signaali faasi 180º võrra. Seda vooluahelat nimetatakse faasinihkeks. Faasinihke ahel koosneb elementidest C1R1, C2R2, C3R3. Kasutades ühte reziki ja konderi ahelat, saate faasinihke mitte rohkem kui 90º. Tegelikkuses osutub nihe 60º lähedale. Seetõttu tuleb 180º faasinihke saamiseks paigaldada kolm ketti. Viimase RC-ahela väljundist suunatakse signaal transistori alusele.

Töö algab hetkest, kui toiteallikas sisse lülitatakse. Saadud kollektorivooluimpulss sisaldab laia ja pidevat sageduste spektrit, mis sisaldab tingimata vajalikku genereerimissagedust. Sel juhul muutuvad faasinihkeahela häälestatud sageduse võnked summutamatuks. Teiste sageduste võnkumiste puhul ei ole iseergastuse tingimused täidetud ja need vastavalt kiiresti lagunevad. Võnkesagedus määratakse järgmise valemiga:

Sel juhul peab olema täidetud järgmine tingimus:

R1=R2=R3=R
C1=C2=C3=C

Sellised generaatorid saavad töötada ainult kindla sagedusega.

Lisaks vaadeldavale generaatorile, mis kasutab faasinihkeahelat, on veel üks huvitav, muide, kõige levinum variant. Vaatame joonist fig. 2.

Riis. 2 - Passiivne RC ribapääsfilter sagedusest sõltumatu jaguriga

Niisiis, just see struktuur on niinimetatud Wien-Robinsoni sild, kuigi kõige tavalisem nimi on lihtsalt Wien Bridge. Mõned kirjaoskamad inimesed kirjutavad Wieni silda kahe "n"-ga.

Selle disaini vasak pool on passiivne RC ribapääsfilter, punktis A eemaldatakse väljundpinge. Parem pool pole midagi muud kui sagedusest sõltumatu jagur. Üldiselt aktsepteeritakse, et R1=R2=R, C1=C2=C. Seejärel määratakse resonantssagedus järgmise avaldise abil:

Sel juhul on võimendusmoodul maksimaalne ja võrdne 1/3-ga ning faasinihe on null. Kui jagaja võimendus on võrdne ribapääsfiltri võimendusega, on resonantssagedusel punktide A ja B vaheline pinge null ning faasireaktsioon resonantssagedusel hüppab -90º-lt +90º-le. Üldiselt peab olema täidetud järgmine tingimus:

Loomulikult peetakse kõike, nagu tavaliselt, ideaal- või ideaalilähedastel juhtudel. Noh, tegelikkuses, nagu alati, on olukord veidi hullem. Kuna Wieni silla igal reaalsel elemendil on teatud parameetrite jaotus, põhjustab isegi kerge tingimuse R3 = 2R4 täitmata jätmine kas võnkumiste amplituudi suurenemise kuni võimendi küllastumiseni või võnke sumbumiseni. võnkumisi või nende täielikku võimatust.

Et see oleks täiesti selge, sisestame Wieni silda võimendusastme. Lihtsuse huvides ühendame operatiivvõimendi (op-amp).

Riis. 3 - Lihtsaim Wieni sillaga generaator

Üldiselt ei ole seda skeemi sel viisil võimalik kasutada, kuna igal juhul on silla parameetrites hajumine. Seetõttu võetakse takisti R4 asemel kasutusele mingi mittelineaarne või juhitav takistus. Näiteks mittelineaarne takisti, kontrollitav takistus transistorite abil, nii välja- kui ka bipolaarsed ja muud jama. Väga sageli asendatakse sillas takisti R4 mikrovõimsusega hõõglambiga, mille dünaamiline takistus suureneb voolu amplituudi suurenedes. Hõõgniidil on üsna suur termiline inerts ja mitmesaja hertsi sagedustel see praktiliselt ei mõjuta ahela tööd ühe perioodi jooksul.

Wieni sillaga generaatoritel on üks hea omadus: kui takistid R1 ja R2 asendada muutuvaga, aga ainult kahekordsega, siis on genereerimissagedust võimalik teatud piirides reguleerida. Kondensaatorid C1 ja C2 on võimalik jagada sektsioonideks, siis on võimalik vahemikke vahetada ja sageduste sujuvaks reguleerimiseks vahemikes kahe muutuva takisti abil. Paagis viibijate jaoks on joonisel 4 näidatud peaaegu praktiline Wieni sillageneraatori vooluring.

Riis. 4 - RC generaator Wieni sillaga

Niisiis, Wieni silla moodustavad kondrid C1-C8, topeltrezik R1 ja resonaatorid R2R3. Lüliti SA1 valib vahemiku, nupp R1 võimaldab sujuvat reguleerimist valitud vahemikus. Op-amp DA2 on pinge jälgija koormusega sobitamiseks.

R-C siinuslaine generaatorid

Antialiasing RC filtrid

Madala võimsusega alaldusahelates saab filtri õhuklappi asendada takistiga R Ф Seda tüüpi filtreid nimetatakse RC filtrid

Antialiasing RC-filtri arvutamisel tuleb arvesse võtta järgmisi tingimusi:

Filtri silumisfaktor

Takisti takistus R Ф seatakse tavaliselt piiridesse R Ф = (0,15...0,5)R H; Resistiivse-mahtuvusliku filtri kasutegur on suhteliselt väike ja ulatub tavaliselt 0,6...0,8 ja η f = 0,8 R Ф = 0,25 R H juures.

Takistus-mahtuvusfiltrite eelised: väikesed mõõtmed, kaal ja maksumus; puudus - madal efektiivsus.

Lihtsaim skeem R.C.- operatiivvõimendi sinusoidsete võnkumiste generaator on näidatud joonisel fig. 37a.

Riis. 37. RC siinuslaine generaator

RC-generaatorid kasutavad sageduse seadistamiseks takistus-mahtuvuslikku sidestust. Siinusvõnkegeneraatorite kaks peamist tüüpi on: faasinihke generaator ja Wieni sillal põhinev generaator. Faasinihke ostsillaator on tavaline faasinihke tagasisideahelaga võimendi. Vooluahelate kombinatsioonis on võimsuskadusid, seega peab transistor olema piisavalt suure võimendusega.

Generaatori sagedus arvutatakse valemi abil.

R selles valemis on takistuste R1, R2 väärtused (need on samad). C on vastavalt mis tahes mahtuvuse väärtus C1 või C2 (ka identne)

Generaatoripõhine Vina sild– kaheastmeline võimendi, millel on lülituslülitus ja pingejagur.

Takistid R1 ja R2 on sama väärtusega (takistuse osas), takisti R3 takistus on ligikaudu poole väiksem. Kondensaatorite C1 ja C2 mahtuvus on võrdne ning kondensaator C3 on ligikaudu kaks korda suurem.
Tekitatud võnkumiste sagedus määratakse suhtega.

Kus C on kondensaatori nimiväärtus C1(C2), R on takistuse nimiväärtus - R1(R2).
Kui R1,R2 = 10KOm, R3=4,7KOm, C1,C2 =16nF, C3=33nF, on sagedus ligikaudu 1000Hz.
Kahe muutuva takisti (nagu R1 ja R2) abil saate sujuvalt muuta võnkesagedust laias vahemikus.

Lihtsa lülitusahela abil saab mitme alamvahemikuga sinusoidse võnkegeneraatori, millega saab vaheldumisi ühendada erineva võimsusega kondensaatoreid nagu C1, C2 ja C3. Selline seade võib olla raadioamatöörile väga kasulik, eelkõige erinevate võimendusastmete seadistamisel.

Elektroonilised siinusgeneraatorid (L, C – generaator)

LC generaatorid

Siinuslaine generaatorid on generaatorid, mis genereerivad sinusoidaalset pinget.

Neid klassifitseeritakse nende sagedusjuhtivate komponentide järgi. Kolm peamist ostsillaatoritüüpi on LC-ostsillaatorid, kristall-ostsillaatorid ja RC-ostsillaatorid.

LC-generaatorites kasutatakse kas paralleelselt või järjestikku ühendatud kondensaatorist ja induktiivpoolist koosnevat võnkeahelat, mille parameetrid määravad võnkesageduse.

Kristallostsillaatorid on sarnased LC-ostsillaatoritega, kuid tagavad suurema võnkestabiilsuse.

RC-ostsillaatoreid kasutatakse madalatel sagedustel ja võnkesageduse seadistamiseks kasutatakse takistuslik-mahtuvusahelat.

1.1 Generaatorite otstarve ja tüübid.

Elektrooniline signaaligeneraator on seade, mille kaudu muudetakse kolmandate osapoolte toiteallikate energia vajaliku kuju, sageduse ja võimsusega elektrivõnkudeks. Elektroonilised generaatorid on paljude elektroonikaseadmete ja -süsteemide lahutamatu osa. Näiteks kasutatakse harmooniliste või muude lainekujude generaatoreid universaalsetes mõõteriistades, ostsilloskoopides, mikroprotsessorsüsteemides, erinevates tehnoloogilistes paigaldistes jne. Televiisorites kasutatakse helendava ekraani moodustamiseks horisontaalseid ja vertikaalseid skaneerivaid generaatoreid.

Generaatorite klassifitseerimine toimub mitmete tunnuste järgi: võnkumiste kuju, sagedus, väljundvõimsus, otstarve, kasutatava aktiivelemendi tüüp, sagedus-selektiivse tagasiside ahela tüüp jne. Generaatorite otstarbest lähtuvalt jagunevad tehnoloogiliseks, mõõtmiseks, meditsiiniliseks ja kommunikatsiooniks. Võnkumiste kuju järgi jaotatakse need harmooniliste ja mitteharmooniliste (impulss)signaalide generaatoriteks.

Generaatori väljundvõimsuse alusel jaotatakse need väikese võimsusega (alla 1 W), keskmise võimsusega (alla 100 W) ja suure võimsusega (üle 100 W). Sageduse järgi võib generaatorid jagada järgmistesse rühmadesse: infra-madalsagedus (alla 10 Hz), madalsageduslik (10 Hz kuni 100 kHz), kõrgsageduslik (100 kHz kuni 100 MHz) ja ultra- kõrge sagedusega (üle 100 MHz).

Kasutatavate aktiivelementide järgi jagunevad generaatorid toru-, transistor-, operatiivvõimenditeks, tunneldioodideks või dinistoriteks ning sagedusselektiivsete tagasisideahelate tüübi järgi - LC-, RC- ja ^L-tüüpi generaatoriteks. Lisaks võib tagasiside generaatorites olla väline või sisemine.

1.2 Siinuslaine generaatorid

See generaatorite rühm on loodud vajaliku sagedusega sinusoidaalsete võnkumiste tekitamiseks. Nende töö põhineb positiivse tagasisidega kaetud võimendi iseergastumispõhimõttel (joonis 1). Eeldatakse, et tagasiside lingi võimendus ja edastustegur on komplekssed, s.t. arvesse võetakse nende sõltuvust sagedusest. Sel juhul on võimendi sisendsignaal joonisel 1.1 kujutatud ahelas osa selle tagasisidelingi kaudu edastatavast väljundpingest

Joonis 1. Generaatori plokkskeem

Süsteemi Joonis 1 võnkumiste ergutamiseks peavad olema täidetud kaks tingimust:

1.3 Generaatori iseergastumisrežiimid

Pehme režiim.

Kui tööpunkt asub iK(uBE) karakteristiku suurima järsuga lõigul, siis nimetatakse iseergutusrežiimi pehmeks.

Jälgime esimese harmoonilise voolu amplituudi muutusi sõltuvalt CBS-i tagasisidekoefitsiendi väärtusest. CBS-i muutus põhjustab otsese tagasiside kaldenurga a muutumise (joonis 2)

Joonis 2. Pehme iseergutusrežiim

Kui KOS = KOS1 on puhkeseisund stabiilne ja generaator ei ergastu, on võnkumiste amplituud null (joonis 2 b). KOS = KOS2 = KKR väärtus on puhkeseisundi stabiilsuse ja ebastabiilsuse piirväärtus (kriitiline) väärtus. Kui KOS = KOS3 > KKR, on puhkeolek ebastabiilne, generaator ergastub ja Im1 väärtus määratakse vastavalt punktile A. KOS-i suurenemisel muutub väljundvoolu esimese harmoonilise väärtus. järk-järgult suurenevad ja KOS = KOS4 juures kehtestatakse see punktis B. KOS vähenemisel väheneb võnkumiste amplituud mööda sama kõverat ja võnkumised katkevad tagasisidekoefitsiendil KOS = KOS2

Järeldustena võib märkida pehme iseergastuse režiimi järgmisi omadusi:

ergastamine ei nõua CBS-i tagasisidekoefitsiendi suurt väärtust;

erutus ja võnkumiste katkemine toimuvad sama tagasiside koefitsiendi KKR väärtuse juures;

statsionaarsete võnkumiste amplituudi on võimalik sujuvalt reguleerida, muutes CBS-i tagasisidekoefitsiendi väärtust;

Puudusena tuleb märkida kollektorivoolu konstantse komponendi suurt väärtust, mis viib madala efektiivsuse väärtuseni.

Raske režiim.

Kui tööpunkt asub iseloomulikus lõikes iK = f (uBE) väikese kaldega S

Joonis 3. Kõva iseergutusrežiim

Iseostsillaator ergastab, kui tagasiside koefitsient ületab väärtuse KOS3 = KOSKR. CBS-i edasine suurenemine toob kaasa väljundi (kollektori) voolu Im1 esimese harmoonilise amplituudi kerge suurenemise mööda V-G-D teed. KOS-i vähendamine KOS1-ks ei too kaasa võnkumiste katkemist, kuna punktid B ja B on stabiilsed ning punkt A on stabiilne paremal. Võnked lagunevad punktis A, st CBS-is

Seega võime märgata järgmisi generaatori töö omadusi kõvas iseergutusrežiimis:

eneseergastuseks on vaja suurt CBS-i tagasisidekoefitsiendi väärtust;

ergastamine ja võnkumiste katkemine toimuvad järk-järgult CBS-i tagasisidekoefitsiendi erinevatel väärtustel;

statsionaarsete võnkumiste amplituud ei saa muutuda suurtes piirides;

kollektori voolu alaliskomponent on väiksem kui pehmel režiimil, seetõttu on efektiivsus oluliselt suurem.

Võrreldes vaadeldavate iseergutusrežiimide positiivseid ja negatiivseid külgi, jõuame üldise järelduseni: pehme režiim tagab generaatori usaldusväärse iseergastuse ning ökonoomse töö, kõrge kasuteguri ja stabiilsema võnkeamplituudi. kõva režiimi järgi.

Soov neid eeliseid kombineerida viis ideeni kasutada automaatset nihket, kui generaator on ergastatud pehmes iseergastuse režiimis ja selle töö toimub kõvas režiimis. Automaatse nihke olemust käsitletakse allpool.

Automaatne nihe.

Režiimi olemus seisneb selles, et iseostsillaatori ergastamiseks pehmes režiimis valitakse tööpunkti algpositsioon maksimaalse järsusega voolukarakteristiku lineaarsel lõigul. Ahela ekvivalenttakistus valitakse nii, et iseergutustingimused oleksid täidetud. Võnkeamplituudi suurendamise käigus muutub alalisvoolu režiim automaatselt ja statsionaarses olekus kehtestatakse töörežiim väljundvoolu (kollektori voolu) katkestamisega, st iseostsillaator töötab kõva iseergutusrežiimis. voolukarakteristiku väikese kaldega lõik (joon. 4).

Joonis 4. Iseostsillaatori automaatse eelpingestuse põhimõte

Automaatne eelpinge saadakse tavaliselt tänu baasvoolule, kaasates ahela R B C B baasahelasse (joonis 5).

Joonis 5. Alusvoolust tingitud automaatne eelpingeahel

Algse eelpinge annab pingeallikas E B. Võnkeamplituudi suurenedes suureneb takisti R B pinge, mis tekib baasvoolu I B0 konstantse komponendi poolt. Saadud eelpinge (E B - I B0 R B) väheneb, kaldudes E B S T-ni.

Praktilistes ahelates saadakse algne eelpinge põhijaguri R B1, R B2 abil (joonis 6).

Joonis 6: Automaatne nihe baasjaguri abil

Selles vooluringis esialgne eelpinge

E B.ALUSTAMINE =E K-(I D +I B0)R B2,

kus I D =E K /(R B1 +R B2) – jagajavool.

Võnkumiste amplituudi suurenedes suureneb baasvoolu IB 0 konstantne komponent ja nihe EB väheneb suurusjärgus, saavutades püsiseisundis EBST väärtuse. Kondensaator SB hoiab ära takisti RB1 lühise alalisvooluga.

Tuleb märkida, et automaatse eelpingeskeemi sisseviimine generaatori ahelasse võib viia katkendliku genereerimise nähtuseni. Selle esinemise põhjuseks on automaatse eelpinge viivitus võnkeamplituudi suurenemise suhtes. Suure ajakonstandiga t = RBSB (joonis 8.41) suurenevad võnked kiiresti ja nihe jääb praktiliselt muutumatuks - EB.START. Lisaks hakkab nihe muutuma ja võib olla väiksem kui kriitiline väärtus, mille juures statsionaarsustingimused on endiselt täidetud, ja võnkumised katkevad. Pärast võnkumiste peatumist tühjeneb mahtuvus SB aeglaselt läbi RB ja eelpinge kipub taas EB.START. Niipea, kui kalle muutub piisavalt suureks, on generaator uuesti põnevil. Edasisi protsesse korratakse. Seega tekivad perioodiliselt võnked, mis uuesti katkevad.

Vahelduvaid kõikumisi peetakse üldiselt ebasoovitavateks nähtusteks. Seetõttu on väga oluline arvutada automaatse eelpingeskeemi elemendid nii, et oleks välistatud katkendliku genereerimise võimalus.

Et kõrvaldada katkendlik genereerimine ahelas (joonis 4), valitakse SB väärtus võrdsuse hulgast

Autogeneraator trafo tagasisidega

Vaatleme trafo tagasisidega harmooniliste võnkumiste transistori iseostsillaatori lihtsustatud ahelat (joonis 7).

Joonis 7. Trafo tagasisidega autogeneraator

Vooluahela elementide eesmärk:

transistor VT p-n-p tüüpi, toimib võimendava mittelineaarse elemendina;

võnkeahel LKCKGE määrab generaatori võnkesageduse ja tagab nende harmoonilise vormi, reaalne juhtivus GE iseloomustab energiakadusid ahelas endas ja ahelaga seotud väliskoormuses;

mähis LB annab positiivse tagasiside kollektori (väljundi) ja baasi (sisend) ahelate vahel, see on induktiivselt ühendatud ahela mähisega LK (vastastikune induktsioonikoefitsient M);

toiteallikad EB ja EK tagavad transistori üleminekutel selle aktiivse töörežiimi tagamiseks vajalikud konstantsed pinged;

kondensaator CP eraldab generaatori ja selle alalisvoolu koormuse;

blokeerivad kondensaatorid SB1 ja SB2 šunteerivad toiteallikaid vahelduvvoolu kaudu, välistades nende sisetakistustel kasutud energiakadud.

1.3 Generaatorite tüübid

Sõltuvalt sellest, kuidas generaatoris on tagatud faasi- ja amplituuditasakaalu seisund, eristatakse generaatoreid:

LC-generaatorid, mis kasutavad sagedusest sõltuva ahelana võnkeahelat. Aja seadistusparameeter neis on võnkeahela loomulike võnkumiste periood;

RC-ostsillaatorid, milles sagedusest sõltuvad tagasisideahelad on R- ja C-elementide kombinatsioon (Wien-sild, topelt-T-sild, nihutavad RC-ahelad jne). Time Seadistuse parameeter on siin kondensaatori laadimise, tühjenemise või uuesti laadimise aeg;

elektromehaaniliste resonaatoritega (kvarts, magnetostriktiivsed) generaatorid, mille ajastusparameetriks on resoneeriva elemendi loomulike võnkumiste periood.

1.3.1 RC ostsillaatorid

RC-generaatorid põhinevad sagedusselektiivsete RC-ahelate kasutamisel ja on teostatud vastavalt joonisel 1 näidatud plokkskeemile.

Olemas on faasinihkega ja sild-RC-ahelatega RC-generaatorid.

1.3.2 Kolmelüliline RC skeem

Faasinihke ahelaga RC ostsillaatorid on 180° faasipöördega võimendi, millesse faasitasakaalu tingimuse täitmiseks on ühendatud tagasisideahel, mis genereerimisel muudab ka väljundsignaali faasi 180° võrra. sagedus. Faasinihke tagasisideahelana kasutatakse tavaliselt kolme baariga RC ahelaid (harvemini nelja baari). Sellise vooluringi skeem on näidatud joonisel 8.

Joonis 8. Kolmevardalise RC-ahela skeem

Faasivahetusahel vähendab oluliselt võimendi sisendisse sisenevat tagasisidesignaali. Seetõttu peab kolmelüliliste RC ahelate puhul võimendi võimendus olema vähemalt 29. Siis on täidetud ka teine ​​võnkumiste esinemise tingimus - amplituudi tasakaalu tingimus.

Takistite R samade takistuste ja kondensaatorite C mahtuvustega määratakse faasinihkeahelaga generaatori võnkumised järgmise valemiga:

Võnkesageduse muutmiseks piisab faasinihke RC-ahela takistuse või mahtuvuse muutmisest.

1.3.3 Veinisild

R 3

Wieni silla puhul kasutatakse enim kolme silla sagedusselektiivset RC-ahelat (joonis 9.).

R 4

Joonis 9. Viini sild

Faasi tasakaalu tingimus on siin tagatud ühel sagedusel, mille juures silla väljundsignaal on sisendiga faasis.

Generatsioonisagedus on võrdne silla häälestussagedusega ja selle määrab seos:

Wieni sillaga generaatori sageduse reguleerimine on lihtne ja mugav ning võimalik laias sagedusvahemikus. See viiakse läbi, kasutades fikseeritud kondensaatorite C või takistite R asemel ahelasse kuuluvat kahekordset muutuvat kondensaatorit või kahe muutujaga takistit.

Kuna Wieni silla ülekandetegur genereerimissagedusel on 1/3, peaks võimendi võimendus olema võrdne 3-ga. Siis toimub Wieni sillaga generaatoris stabiilne genereerimine.

1.3.4 Topelt T-silla diagramm

Lisaks kasutatakse RC generaatorites ka topelt T-kujulist silda (joon. 10).

Joonis 10. Kahekordse T-silla skeem

RC-generaatori väljundsignaali amplituudi stabiliseerimiseks kasutatakse erinevaid mittelineaarseid elemente: termistoreid, fototakisteid, hõõglampe, dioode, LED-e, zeneri dioode, väljatransistore jne. Kasutatakse ka rangelt reguleeritud tagasisidet.

RC-ostsillaatoreid iseloomustab hea stabiilsus, neid on lihtne häälestada ja need võimaldavad saada väga madalate sagedustega (hertsi murdosast mitme kilohertsini) võnkumisi. Võnkesageduse stabiilsus. RC-ostsillaatorid sõltuvad rohkem R- ja C-elementide kvaliteedist kui sagedusselektiivskeemi struktuurist ja võimendi omadustest. Parima jõudluse saavutavad RC-generaatorid, milles võnkesageduse täiendav stabiliseerimine toimub kvartsresonaatorite abil.

1.3.6 Generaatori ahel Wieni sillaga operatsioonivõimendil

Joonisel 6 on kujutatud Wieni sillaga vooluringi, mille üks haru on moodustatud takistusliku pingejaguri ning teise diferentseerimis- ja integreerimisahelatega. Edastuskoefitsient faasiseadeahela väljundist , , , op-võimendi mitteinverteerivasse sisendisse resonantssagedusel on 1/3. Amplituudide tasakaalustamiseks peab võimendi ülekandekoefitsient väljundist mitteinverteerivasse sisendisse võrduma kolmega, st tingimus = peab olema täidetud. Faasi tasakaalu saavutamiseks peab diferentseerimisahela ajakonstant olema võrdne integreerimisahela ajakonstandiga, st =.

Iseergastuse parandamiseks, võnkeamplituudi stabiliseerimiseks ja ahela mittelineaarsete moonutuste vähendamiseks on vaja kasutada reguleeritava ülekandesuhtega võimendit või lisada op-amp väljundisse mittelineaarne pingepiiraja.

Joonis 11. Generaatori ahel Wien-sillaga operatsioonivõimendil

1,4 LC-tüüpi generaator

Selline generaator on ehitatud transistoril asuva võimendiastme baasil, kaasates selle kollektoriahelasse võnkuva LC-ahela. PIC-i loomiseks kasutatakse trafoühendust mähiste W1 (induktiivsusega L) ja W2 (joonis 12) vahel.

Joonis 12. LC-tüüpi generaator

1.5 Võimsad võimendiastmed.

Võimsa kaskaadi all mõistetakse võimenduskaskaadi, mille jaoks on määratud koormus ja selles koormuses hajuv võimsus. Tavaliselt on võimsus vahemikus mitu kuni kümneid - sadu vatti. Seetõttu arvutatakse võimsad kaskaadid, mis reeglina väljastatakse, ja antud väärtuste põhjal. Et hinnata, kui palju võimsust eelvõimendi peaks tootma, peate hindama astme võimsuse suurenemist.

Võimas väljundaste on peamine energiatarbija. See toob kaasa suurema osa mittelineaarsetest moonutustest ja hõivab ülejäänud võimendi helitugevusega proportsionaalse helitugevuse. Seetõttu pööratakse väljundastme valimisel ja projekteerimisel põhitähelepanu võimalusele saavutada kõrgeim efektiivsus, madalad mittelineaarsed moonutused ja üldmõõtmed.

Väljundastmed on ühe otsaga ja push-pull. Võimsusvõimendite aktiivsed seadmed võivad töötada režiimides A, B või AB. Võimsate väljundastmete loomiseks kasutatakse OE, OB ja OK ahelaid.

Ühe otsaga väljundastmetes töötavad aktiivseadmed režiimis A. Nende loomisel kasutatakse kolme transistori lülitusahelat. Koormuse ja väljundastme sobitamiseks kasutatakse mõnikord trafosid, mis tagavad maksimaalse võimsuse suurenemise, kuid halvendavad oluliselt selle sagedusomadusi.

Trafodeta väljundastmed on muutunud järjest laiemaks. Need võimaldavad otsest sidet koormusega, mis võimaldab teha ilma mahukate trafode ja isolatsioonikondensaatoriteta; neil on head sagedus- ja amplituudiomadused; saab hõlpsasti teha integreeritud tehnoloogia abil. Lisaks on sagedusest sõltuvate elementide puudumise tõttu astmetevahelistes sideahelates võimalik sisse viia sügavad ühised negatiivsed tagasisided nii vahelduv- kui ka alalisvooludele, mis parandab oluliselt kogu seadme konversiooniomadusi. Sel juhul on võimendusseadme stabiilsuse tagamine saavutatav lihtsaimate parandusahelate kasutuselevõtuga.

Transformaatorita võimsad väljundastmed monteeritakse peamiselt B- või AB-režiimis töötavate transistoride push-pull-ahelate abil ja ühendatakse vastavalt ahelatele OK või OE-ga. Nendes ahelates on võimalik ühendada ühte kaskaadi kas identsed transistorid või erinevat tüüpi elektrijuhtivusega transistorid. Kaskaade, mis kasutavad erinevat tüüpi elektrijuhtivusega transistore (p-n-p ja n-p-n), nimetatakse täiendava sümmeetriaga kaskaadideks.

Koormuse ühendamise meetodi järgi on kahte tüüpi ahelaid: toide ühest allikast ja toide kahest allikast.

1.6 Väljundvõimsusvõimendite klassifikatsioon

Kaalun võimendite klassifitseerimist töörežiimide järgi, st signaali puudumisel võimendi transistoridest läbiva voolu suuruse järgi.

1.6.1 A-klassi võimendid

A-klassi võimendid töötavad ilma signaali katkemiseta võimenduselementide voolu-pinge karakteristiku kõige lineaarsemas osas. See tagab minimaalsed mittelineaarsed moonutused (THD ja IMD) nii nimivõimsusel kui ka väikesel võimsusel.

Selle miinimumi eest peate maksma muljetavaldava energiatarbimise, suuruse ja kaaluga. Keskmiselt on A-klassi võimendi kasutegur 15-30% ja voolutarve ei sõltu väljundvõimsusest. Väikeste väljundsignaalide korral on võimsuse hajumine maksimaalne.

1.6.2 B-klassi võimendid

Kui muuta emitteri ristmiku eelpinget nii, et tööpunkt langeb kokku lõikepunktiga, siis saame klassi B võimendusrežiimi. Selleks tuleb n-p-n tüüpi transistori alusele rakendada negatiivsem pinge. A-klassi režiim (p-n-p-tüüpi transistoride jaoks on B-klassi režiim, mis annab baasile positiivsema pinge kui A-klassi režiimis). Mõlemal juhul vähendatakse B-klassi režiimi puhul emitteri ristmiku päripinget ja transistor lülitatakse välja.

Kui B-klassi võimendi aste sisaldab ainult ühte transistori, on signaali harmooniline moonutus märkimisväärne. Seda seletatakse asjaoluga, et tekkiv kujuline kollektorivool kordab ainult sisendsignaali positiivset poollainet, mitte kogu signaali, kuna negatiivse poollaine korral jääb transistor välja. Sisendsignaaliga kujult täiesti sarnase väljundsignaali taasloomiseks võite kasutada kahte transistorit (üks iga sisendsignaali poollaine kohta), ühendades need nn push-pull ahelasse.

Väljundsignaali pinge amplituud on veidi väiksem kui toiteallika pinge. Kuna B-klassi režiimis liigub vool läbi transistori vaid pool tsüklit, on võimalik kollektori voolu kahekordistada (võrreldes A-klassi režiimiga) sama keskmise võimsusega, mis hajub transistori kollektoris.

B-klassi võimendi väljundpinge amplituud on võrdne A-klassi võimendi kahekordse väljundpinge amplituudiga. Seega võimaldab tõuketransistori aste B-klassi režiimis väljundpinget, mis on kaks korda suurem kui A-klassi võimendi.

1.6.3 AB-klassi võimendid

Nagu nimigi ütleb, on AB-klassi võimendid katse ühendada A- ja B-klassi võimendite eeliseid, s.t. saavutada kõrge efektiivsus ja vastuvõetav mittelineaarsete moonutuste tase. Et vabaneda astmelisest üleminekust võimenduselementide ümberlülitamisel, kasutatakse üle 90-kraadist lõikenurka, s.o. tööpunkt valitakse voolu-pinge karakteristiku lineaarse lõigu alguses. Seetõttu ei lülitu sisendis signaali puudumisel võimenduselemendid välja ja nende kaudu voolab mõni puhkevool, mõnikord märkimisväärne. Seetõttu efektiivsus väheneb ja puhkevoolu stabiliseerimisel tekib väike probleem, kuid mittelineaarsed moonutused vähenevad oluliselt.

Klass AB on ULF-i jaoks kõige ökonoomsem, kuna sel juhul tarbib võimendi toiteallikast minimaalselt voolu. Seda seletatakse asjaoluga, et tööpunktis on transistorid lukustatud ja kollektori vool liigub ainult sisendsignaali saabumisel. B-klassi võimendid aga moonutavad lainekuju.

Päris B-klassi võimendis jääb transistor suletuks väga madalatel sisendsignaali tasemetel (kuna transistoril on väga väike vooluvõimendus katkestuse lähedal) ja avaneb signaali suurenedes järsult.

Mittelineaarseid moonutusi saab vähendada, kui klassi B režiimi asemel kasutatakse klassi AB (või midagi B ja AB vahepealset). Selleks lülitatakse transistor mõnevõrra sisse, nii et kollektoriahela tööpunktis voolab väike vool. Klass AB on vähem ökonoomne kui klass B, kuna tarbib toiteallikast rohkem voolu. Tavaliselt kasutatakse klassi AB ainult push-pull ahelates.

1.6.4 C-klassi võimendid

C-klassi režiim saadakse transistori kallutamisega vastassuunas, lõikepunktist tunduvalt vasakul. Osa sisendsignaalist kasutatakse emitteri ristmiku eelpingestamiseks. Selle tulemusena voolab kollektori vool ainult osa sisendpinge poolperioodist. Sisendpinge negatiivne poollaine asub transistori sügavas katkestuspiirkonnas. Kuna kollektori vool liigub ainult mingi osa positiivsest poolperioodist, on kollektorivoolu impulsi kestus oluliselt väiksem kui sisendsignaali poolperiood

Ilmselgelt erineb väljundsignaali kuju sisendsignaalist ja seda ei saa taastada B- ja AB-klassi tõukevõimendites kasutatavate meetoditega. Sel põhjusel kasutatakse C-klassi režiimi ainult siis, kui signaali moonutamine pole probleem. Reeglina kasutatakse kõrgsagedusvõimendites C-klassi töörežiimi ja seda ei kasutata ULF-is.

1.7 Skeemilahendused võimsatele võimendiastmetele.

Võimsusvõimendid, mis kasutavad sama juhtivusega transistore.

Kui kaskaadi toide on kahest allikast ja millel on ühine punkt, on koormus ühendatud transistoride emitteri ja kollektori ühenduspunkti ning toiteallikate ühispunkti vahel. Transistoride töörežiimi tagavad jagurid , , ja . Transistore juhitakse antifaasi sisendsignaalide abil ja selle saamiseks tuleb eelmine aste faas inverteerida.

Kaskaadi tööpõhimõte vastavalt joonisel 13 olevale skeemile on sisendsignaali poollainete vahelduv võimendamine. Kui esimeses tsüklis võimendab negatiivset poollainet transistor, samas kui transistor on suletud positiivse poollainega, siis teises tsüklis võimendab signaali teist poollainet suletud transistor. .

Kui kaskaadi toide on ühest allikast (joonis 14), ühendatakse koormus läbi piisavalt suure võimsusega elektrolüütilise eralduskondensaatori, kuid muidu on vooluahel eelmisega sarnane.

Joonis 13. Sama juhtivusega transistore kasutava võimsusvõimendi väljundaste

Ahela tööpõhimõte on järgmine. Selle puudumisel laetakse kondensaator pingele. Sellel pingel läheb kondensaator puhkerežiimi. Töötsükli ajal (avatud olek) läbib koormust vool, mis laadib kondensaatori uuesti. Töötsükli ajal kondensaator tühjeneb ja vool voolab läbi koormuse. Seega realiseerub koormuse juures bipolaarne signaal.

Vaadeldavates ahelates on transistorid , ja erinevad ühendused: - vastavalt OK-ahelale ja - vastavalt OE-ahelale. Kuna nende kahe ühendusskeemi puhul on transistoridel erinevad pingevõimendustegurid, siis ilma lisameetmeid võtmata saadakse väljundsignaali asümmeetria. Eelkõige saab signaali asümmeetriat vähendada, valides sobivalt võimendustegurid eelmise faasiinverteeritud astme kahe väljundi jaoks. Asümmeetriat saab vähendada ka negatiivse tagasiside abil, mis hõlmab väljundi ja väljundi-eelset etappi.

Joonis 14. Ühepolaarse toiteallikaga sama juhtivusega transistoridel põhineva võimsusvõimendi väljundaste

Erineva juhtivusega transistore kasutavad võimsusvõimendid, mis on ühendatud vastavalt OK ahelale.

Joonis 15. Erineva juhtivusega transistore kasutava võimsusvõimendi väljundaste

Joonisel fig. Joonisel 15 on kujutatud kahest allikast toidetava kaskaadi skeem (võimalik on teostada ühepolaarse toitega vooluring). Kui selles vooluringis kasutatakse n-p-n ja p-n-p transistoride komplementaarseid paare, ei ole vaja anda kahte antifaasi sisendsignaali. Signaali positiivse poollaine korral on transistor avatud ja suletud negatiivse poollainega, vastupidi, see on avatud ja suletud. Ülejäänud ahela töö joonisel fig. 15 on sarnane vastavate vooluahelate tööga joonisel fig. 14 ja fig. 13. Vaadeldavate ahelate eripäraks on see, et kaskaadi pingevõimendus on alati väiksem kui 1 ja väljundsignaalil on väiksem asümmeetria, kuna mõlemad transistorid on ühendatud samasse vooluringi OK-ga.

Võimsusvõimendi lülitamiseks AB-režiimile, et vähendada mittelineaarseid moonutusi, eraldatakse alused üksteisest dioodipaariga, mis tagavad transistoridele eelpinge, mille juures liigub neis puhkerežiimis vool (joonis 16).

R 1

R 2

Joonis 16. Võimsusvõimendi väljundaste AB režiimis

Joonisel 17 on kujutatud n-tüüpi (VT2) ja p-tüüpi (VT3) indutseeritud kanalitega MIS-transistoridel põhineva tõukejõu väljundastmega trafodeta võimsusvõimendi diagramm. Põhimik on tavaliselt ühendatud suure võimsusega MIS-transistoride sees oleva allikaga. Väljatransistorid tekitavad vähem mittelineaarseid moonutusi ja ei allu termilisele ebastabiilsusele. Kaasaegsete indutseeritud kanaliga suure võimsusega MIS-transistoride äravooluvärava karakteristiku lävipinge on nullilähedane. Nende puuduseks on suurenenud jääkpinge ja tootmisparameetrite kõikumine, kuid tehnoloogia arenedes need vähenevad.

Joonis 17. Võimsusvõimendi väljundaste režiimis AB kuni DC

Elektroonikaseadme elektriskeemi valimine ja selle kirjeldus

Ahel koosneb kahest astmest: esimene aste on RC-ostsillaator Wieni sillal, teine ​​aste on AB-klassi võimsusvõimendi.

Wieni sild on ühendatud operatsioonivõimendi mitteinverteeriva sisendiga.

Olgu , siis määratakse signaali sagedus valemiga:

Et Wieni sillaga generaatoris tekiks võnkumisi, peab võimendi võimendus olema suurem kui 3. Võimendust seavad takistid. Seetõttu peab olema täidetud järgmine tingimus:

Paralleelselt ühendatud dioodid stabiliseerivad genereeritud signaalide amplituudi (st annavad sümmeetrilise mittelineaarse tagasiside).

Viini sillaga RC-generaatori eelised:

Peamine puudus on see, et väljundpinge jõuab toiterööbaste pingeni, mis põhjustab operatsioonivõimendi väljundtransistoride küllastumist ja olulisi moonutusi.

Teine aste on tõuke-tõmbetrafodeta aste, millel on erineva juhtivuse tüüpi väljatransistorid MIS.

MIS - transistor VT1 on n-tüüpi juhtivusega ja transistor VT2 on p-tüüpi. Kui transistoride väravate ja allikate vahel rakendatakse positiivse polaarsusega pinget, siis transistor VT2 suletakse ja transistor VT1 on avatud ning vool voolab läbi vooluahela toiteallika E1 äravoolu plussist. -transistori VT1 allikas, üle koormuse, toiteallika E1 negatiivsele poolusele. Ja kui rakendatakse negatiivse polaarsusega paisuallika pinget, siis transistor VT1 suletakse ja transistor VT2 on avatud ning vool voolab läbi vooluahela pluss toiteallikast E2 läbi transistori koormuse, allika äravoolu. VT2, toiteallika E2 negatiivsele poolusele. Positiivse või negatiivse polaarsusega pingega signaali saabumine sisendisse viib kas ühe transistori väljalülitamiseni ja teise lukustuse avamiseni või vastupidi. Teisisõnu, transistorid töötavad antifaasis. Transistorid VT1 ja VT2 valitakse nii, et nende parameetrid ja omadused tööpiirkonnas oleksid võimalikult lähedased.

Eelised:

transistoride õige valikuga on võimalik saavutada kõrge efektiivsus, mittelineaarsed moonutused on väikesed;

kaskaad arendab suurema maksimaalse väljundvõimsuse võrreldes sama transistoriga ühe otsaga kaskaadiga;

trafode puudumise tõttu ei ole võimendatud signaalide sagedusvahemikus rangeid piiranguid;

Lisaks on seade ilma mahukate ja raskete trafodeta kerge, väikese suurusega ja madala hinnaga.

Puudused:

vajadus hoolikalt valida transistorid ja nende kiire hävitamine väljundastme ülekoormamisel, kui sellel puudub voolukaitsesüsteem.

Joonis 18. Võimsa väljundastmega RC-ostsillaator

ELEKTROONILISE SEADME KONTROLLI ELEMENTIDE ARVUTAMINE JA VALIK

3.1 Võimsusvõimendi arvutamine

kus on pinge amplituudi väärtus koormustakistusel;

Voolu amplituudi väärtus koormustakistusel;

Laadimisvõimsus.

Bipolaarse toiteallikaga väljundastme ühe poole toiteallika pinge määratakse väljundsignaali amplituudi alusel ja pinge väärtus valitakse vähemalt n V võrra rohkem, kuna tuleb arvestada jääkpingega, ja väljatransistoride puhul võib see ulatuda ühe voltini:

Ühe transistori poolt hajutatud maksimaalne võimsus määratakse: Kuna transistorid on üksteist täiendavad, piisab võimendi ühe haru arvutamisest. . Lase

paneme kokku elektroonikaseadme MicroCapis.

mõõta väljundpinget,

mõõta väljundvoolu,

määrame signaali sageduse,

määrake võimsus koormusel,

võrrelda tehniliste kirjelduste tingimustega,

teeme järelduse.

Ostsilloskoobi ühendusskeem:

Joonis 4.1 RC generaatori testimise skeem

KOKKUVÕTE

Kursusetöö käigus käsitleti elektroonikaseadme väljatöötamise metoodikat Wieni silla ja võimsa väljundastmega RC generaatori näitel. Saadud seade vastab kõigile tehniliste kirjelduste tingimustele.

Seda seadet saab kasutada võimsa väljundastmega RC-ostsillaatorina, genereerimissagedusega väljundastme võimsus, koormustakistuselektroonika seade peal ... generaator: - R.C.- välimine R.C. generaator- INTOSC - sisemine R.C. generaator ...

Areng elektrooniline kombineeritud lukk

Kursusetööd >> Kommunikatsioon ja side

See kursuseprojekt viiakse läbi arengut elektrooniline kombineeritud lukk välisele... nõuetest seade kõrgem, elektrooniline Kombineeritud lukk peab sisaldama... generaator töösagedus. See seade esitamist ei nõua peal ...

Loendamine seade videoimpulsid peal FPGA

Lõputöö >> Füüsika

Teos on pühendatud arengut elektrooniline seadmeid arvu lugemine... seadmeid peal FPGA. Baaride poolt generaator loendamine toimib seade. Valiti generaator...toodetud liini poolt R.S., Kui R.S.= 0...1 näiteks laialt levinud järjestus...

Riist- ja tarkvarakompleks spetsiaalsete põhjalike kontrollide läbiviimiseks elektrooniline seadmeid

Lõputöö >> Side ja side

Ja nende seisund. Näide ahelate valik ja nende... ja generaator kella impulsid. Rakendatud mikrokontroller peal mikroskeem... protokolli järgi R.S.-232. Vastavalt... Areng erikontrollide riist- ja tarkvarakompleks elektrooniline seadmeid ...